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配管検査ロボットに関する研究開発－第 3 報：実用化のための試作機設計－
前田 弘文*・伊藤 嘉基**・佐々木 俊一***・後藤 幹雄***

Research and development about a piping inspection robot－Report 3: Prototype design for practical use－
Hirofumi Maeda* , Yoshiki Ito** , Toshikazu Sasaki*** , Mikio Goto***
Abstract
This paper describes the design about the piping inspection robot of a trial production. Since we had
the know-how of the developed rescue robot, we were able to make the small prototype. And carrying
became easy. Moreover, this robot has many characteristic, such as a order printed circuit board and anexperimental production tire. Furthermore, maintainability etc. are improving by modularizing on anhardware level.

要となる機能について述べる．また，最新の配管検査ロボットのハードウェアおよびソフトウェアの詳
我国では昭和 40 年代以降，下水道事業の実施都市 細についても述べる．
が急増し，各地で下水道整備の普及が促進されてき２．システム構成
た．これまでに全国の下水道施設は，管路総延長約46 万 [km]，下水処理場数約 2,200 ヶ所となってい配管検査ロボットを実現する上で，最低限以下のる．そのため，管理施設の増加とともに，長期使用施設の老朽化が顕在化している．下水管渠の標準的 機能を必要とする．
耐用年数は 50 年とされており，すでにこの年数を超える下水管渠の延長は約10,000 [km] 以上になって・走行のためのモータ制御いる．また，管渠布設後 30 年が経過すると道路が陥・配管内を照らすライト調整
没する箇所が急増する傾向もある．このような背景・状態を示すための LED 表示から，排水管・下水管の維持管理は重要であり，継・遠隔操作のための通信機能続的に行っていかなければならない．しかし，実際に管内を調査する作業は人が行うには過酷であり，しかし，実際に現場で使用するためには，表 2-1
調査範囲も広大である．そこで，近年ではロボット に示す機能を実現しなければならない．
を用いた調査が活発に行われている．ところが，こ次に，表 2-1 の機能を実現するためのハードウェ
れらのロボット調査にも問題があり，有線による外 ア構成を図 2-1 に示す．配管検査ロボットのカメラ部制御・外部電源が主流であることから，ロボット 制御には組み込み PC，走行制御にはマイクロコンピシステム全体が大掛かりなものとなっている．その ュータ（以下，駆動系制御用基板）を使用している．
ため，メンテナンス性が悪く，高価なシステムとな また，モータ制御には近藤科学株式会社が開発したっている．
通信規格 ICS3.5（半二重）を使用している．その他
そこで，本研究ではこれまで研究してきたレスキ にも A/D 変換によるセンサ値の読み取り，I/O によューロボットのノウハウを活かし[1], [2]，小型で持ち運 るスイッチ制御，LED 制御，LCD 制御，PWM とびが容易な配管検査ロボットの開発を行ってきた[3]～ LED ドライバによるライト調整などの機能も実装し[7]．本論文では，配管検査ロボットを実現する上で必 ている．
１．緒

*情報工学科**技術支援センター***株式会社カンツール

言平成 27 年 11 月 30 日受理

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紀要

また，図 2-1 の配管検査ロボットのハードウェアは，図 2-2 に示すように 3 つのシステムに区分することでそれぞれの制御を分散している．

第 38 号（平成 28 年）

３．ハードウェア部
これまで表 2-1 の機能を実現するために，配管検査ロボットの改良を重ねてきた（図 3-1～図 3-3）．

表 2-1 搭載機能

図 3-1 配管検査ロボット Ver.1.00

図 3-2 配管検査ロボット Ver.3.00

図 2-1 ハードウェア構成

図 3-3 配管検査ロボット Ver.3.10

図 2-2 ハードウェアのモジュール化

その結果，表 2-1 の機能を実現した配管検査ロボットの開発に成功した（図 3-4）．

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配管検査ロボットに関する研究－第 3 報：実用化のための試作機設計－

回は速度フィードバックに設定することで，車輪の駆動部として使用している．
RC サーボモータは，元々ラジオコントローラに使用される目的で開発されたものである．そのため，モータ内に制御基板やモータドライバが内蔵されたコンパクトな作りとなっており，モータそのものがモジュールとして機能する．
また，PC からKRS-4034
HV ICSへの速度指令と速度の関係は図3-7で示すリミットを含んだ一次式のグラフ（実測値）となっており，非常に扱いやすい．
図 3-4 配管検査ロボット Ver.4.00

また，最新の配管検査ロボットでは，メンテナン
ス性を高めるために，ハードウェアを以下の 8 つに分類し，モジュール化を行った（図 3-5）．
・本体ユニット・フロントユニット・リアユニット・カメラ制御ユニット・駆動制御ユニット・ギアユニット・タイヤユニット・バッテリ

図 3-6 KRS-4034HV ICS

8.00

回転速度 [rad/s]

6.00
4.00
2.00
0.00
-2.00
-4.00
-6.00
-8.00
7000

7200

7400

7600

7800

8000

指令値 [ ]

図 3-5 ハードウェアのモジュール化

図 3-7 KRS-4034HV ICS のモータ特性

次に，配管検査ロボットに使用する近藤科学株式会 社 製 KRS-4034HV ICS を 図 3-6 に 示 す ．
KRS-4034HV ICS はロボット専用の RC サーボモー
タで，通信規格 ICS3.5 を使用することで，デジタル通信によるコマンド指令が可能となる．その結果，通信時に発生するノイズをカットすることができるだけでなく，モータパラメータなどの細かい設定を行うこともできる．また，モータの速度フィードバ
ックや位置フィードバックを行うことが可能で，今４．ソフトウェア部
駆動系制御用基板についても，これまで多くの改良を重ねてきた（図 4-1～図 4-3）
．CPU は，モータのアナログ通信制御（PWM）からデジタル通信制御（ICS3.5）への移行にともない，H8/3052F からSH7125F へ変更した．なお，駆動系制御用基板は外部に設けられた組み込み PC からのコマンドによって制御されている．

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紀要

第 38 号（平成 28 年）

５．結

言

本論文では，配管検査ロボットを実現する上で必要となる機能を示すとともに，最新の配管検査ロボットのハードウェアおよびソフトウェアについて述
べた．今後は，直進制御の評価を正確に行うとともに，その制御方式の改良を行っていく予定である．
参考文献
図 4-1 Ver.1.00 用駆動系制御基板[1]

前田 弘文，五百井 清，大坪 義一，小林 滋，
高森 年：レスキューロボットにおけるデバイス管理を容易にするためのミドルウェア開発，
日本機械学会講演論文集 No.115-1，p.123～124，(2011)[2]前田 弘文，小林 滋，高森 年：レスキュー
ロボットにおけるデバイス管理を容易にするためのシステム開発，弓削商船高等専門学校
紀要 第 34 号，pp.48～53，(2012)[3]

二宮 綾香，藤田 和友，佐々木 俊一，後藤 幹雄，前田 弘文：配管検査ロボットのための試作機設計，日本機械学会第 43 回学生員卒業
研究発表講演会講演前刷集，716，(2013)[4]藤田 和友，伊藤 嘉基，前田 弘文：配管検査ロボットのためのモジュール化，第 14 回
システムインテグレーション部門講演会(SI2013)，pp.1297～1300，(2013)[5]藤田 和友，佐々木 俊一，後藤 幹雄，伊藤 嘉基，前田 弘文：モジュール化による配管検査ロボットの小型化，日本機械学会第 44 回学生員卒業研究発表講演会講演前刷集，613，(2014)[6]

前田 弘文，河村 拓弥，藤田 和友，伊藤 嘉基，佐々木 俊一，後藤 幹雄：配管検査ロボットに関する研究開発 -第 1 報：小型化のための試作機設計-，弓削商船高等専門学校紀要
第 36 号，pp.79～82，(2014)

図 4-2 Ver.3.10 用駆動系制御基板

図 4-3 Ver.4.00 用駆動系制御基板

組み込まれた SH7125F は，コマンド命令に応答するために SCI の受信割り込みによって随時監視を行っている．また，コマンド命令を受信した際，コマンド命令に対応した制御を行うとともに，LCD にコマンドデータを表示し（非表示可），確認データを PC [7] 前田 弘文，伊藤 嘉基，佐々木 俊一，後藤 幹側へ返信している．
雄：配管検査ロボットに関する研究開発 -第2 報：メンテナンス向上のための試作機設計-，
弓削商船高等専門学校紀要第 37 号，pp.75～79，(2015)